Создание высоконадежных оптических систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Выбор трассы на проектируемом участке

3. Расчет требуемого количества ПЦП

4. Выбор типа системы передачи и типа ок

4.1 Выбор системы передачи

4.2 Выбор типа ок

5. Расчет параметров ВОЛП

5.1 Расчет параметров волоконно- оптического кабеля

5.1.1 Расчет показателя преломления оптического волокна

5.1.2 Расчет затухания оптического волокна

5.2 Расчет дисперсии оптических волокон

5.3. Расчет длины регенерационного участка

5.3.1 Расчет длины регенерационного участка с учетом ослабления сигнала

5.3.2 Расчет длины регенерационного участка с учетом дисперсии

5.4 Расчет параметров надежности ВОЛП

6. Разработка схемы организации связи

Заключение

Список использованной литературы



Введение

В настоящее время широкое развитие и применение получила волоконная оптика. Темпы роста волоконной оптики и оптоэлектроники на мировом рынке опережают все другие отрасли техники и составляют 40% в год.

Оптические кабели, наряду с экономией цветных металлов, обладают следующими достоинствами:

- широкополосность, возможность передачи большого потока информации (несколько тысяч каналов);

- малые потери и соответственно большие длины регенерационных участков;

- малые габаритные размеры и масса;

- высокая защищенность от внешних воздействий и переходных помех;

- надежная техника безопасности (отсутствие искрения и короткого замыкания).

Создание высоконадежных оптических систем связи стало возможным в результате разработки в начале 70-х годов оптических волокон с малыми потерями. Такие волокна в значительной мере стимулировали разработку специального оборудования и элементов линейного тракта ВОСП.

В современных оптических системах передачи применяются те же методы образования многоканальной связи, что и в обычных системах передачи по электрическому кабелю, т.е. частотный и временной методы разделения каналов. Во всех случаях оптической передачи электрический канал, создаваемый частотным или временным методом, модулирует оптическую несущую. В модулированном виде световой сигнал передается по оптическому кабелю. В оптических системах передачи, как правило, применяется цифровая (импульсная) передача. Это обусловлено тем, что аналоговая передача требует высокой степени линейности промежуточных усилителей, которую трудно обеспечить в оптических системах. Таким образом, наиболее распространенной системой связи является цифровая система с временным разделением каналов и импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), использующая модуляцию интенсивности излучения источника. Дуплексная связь осуществляется по двум волоконным световодам, каждый из которых предназначен для передачи информации в одном направлении. В основном используются системы ИКМ на 30, 120, 480 и 1920 каналов.

В настоящее время широко используются системы передачи относящиеся к так называемой плезиохронной цифровой иерархии (PDH), в которых используются асинхронные методы объединения цифровых потоков, скорости которых могут незначительно отличаться друг от друга.

Плезиохронные системы обладают рядом недостатков, поэтому в последние годы происходит бурное внедрение высокоэффективных систем, относящихся к так называемой синхронной цифровой иерархии.

В анализируемой нами литературе не было выявлено сведений о прокладке ВОЛС на участке Братск-Усть-Илимск.

В соответствии с этим целью работы является разработка проекта волоконно-оптической линии связи на участке трассы Братск-Усть-Илимск.

Задачи проекта:

- провести расчет требуемого количества ПЦП на выбранном участке трассы;

- с учетом рассчитанных показателей и особенностей трассы, осуществить выбор типа системы передачи и типа ОК;

- исходя из полученных результатов выбора, провести расчет параметров ВОЛП;

- провести разработку схемы организации связи с учетом полученных результатов.



1. Исходные данные

Оконечные пункты	, мкм		Превышение относительно %	Строительная длинна кабеля, км
Братск-Усть-Илимск	1.31	1,465	0,115	2	STM-1

Трассу прокладки кабеля определяем расположением оконечных пунктов. При выборе трассы учитываем следующие основные требования:

- минимальные капитальные затраты на строительство;

- возможность максимального применения наиболее эффективных средств индустриализации и механизации строительных работ;

- наименьшая протяженность трассы проектируемого кабеля;

- наименьшее число препятствий, усложняющих и удорожающих стоимость строительства (реки, автомобильные и железные дороги, подземные сооружения и прочие препятствия);

- наименьшие эксплуатационные расходы;

- удобство эксплуатационно-технического обслуживания сооружений и надежность их работы.



2. Выбор трассы на проектируемом участке

Таблица 1 - Характеристика вариантов трассы.

Характеристика трассы	Ед. измер.	Количество единиц по вариантам
		Вариант 1	Вариант 2
1. Общая протяженность трассы - вдоль автомобильных дорог - вдоль грунтовых дорог, бездорожье	Км	260 182 78	358 227 131
2. Способы прокладки кабеля - кабелеукладчиком - вручную - в канализации	Км	260 0 0	227 131 0
3. количество переходов: - через судоходные реки; - через несудоходные реки; - через железные дороги; - через автомобильные дороги.	1 пер.	0 0 0 3	2 0 0 3
4. число обслуживаемых регенерационных пунктов	1 пункт	2	2
Общая длина ОК		265,2	380,88

В первом варианте ВОЛС прокладывается через населенные пункты Братск - Падун (19 км) - Дубынино (57 км) - Кобляково (25 км) - Подъеланка (50 км) - Ершово (25 км) - Эдучанка (19 км) - Бадарминск (54 км) - Усть-Илимск (29 км). При этом, прокладка кабеля осуществляется вдоль автомобильных дорог, пересекая их 3 раза в районе населенных пунктов Кобляково, Эдучанка и Бадарминска. Во втором варианте ВОЛС прокладывается через населенные пункты Братск - Кежемский (46 км) - Заярск (60 км) - Видим (15 км) - Березняки (60 км) - Рудногорск (34 км) - Радищев (28 км) - Тубинский, Кедровый (59 км) - Железнодорожный - (40 км) - Усть-Илимск (16 км). При этом, прокладка кабеля осуществляется вдоль автомобильных дорог, пересекая их 3 раза в районе населенных пунктов Видим, Тубинский и Железнодорожного. Кабель дважды пересекает несудоходные реки в районе Рудногорска и Тубинского, не пересекая ЖД дороги в районе Рудногорска.

Исходя из основных требований, выбираем первый вариант прокладки ОК, поскольку при этом на прокладку кабеля будет определено наименьшее количество затрат и усилий.



3. Расчет требуемого количества ПЦП

Число каналов, связывающих заданные оконечные пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.

Численность населения в любом областном центре и в области в целом может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения. Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения

Братск

,

Усть-Илимск

,

где - народонаселение в период переписи населения, чел; - средний годовой прирост населения в данной местности, %; - период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения.

Год перспективного проектирования принимаем на 5 лет вперед по сравнению с текущим временем, следовательно,



,

где - год составления проекта; - год, к которому относятся данные .

Для расчета телефонных каналов используем приближенную формулу

,

где: и - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются 5%, тогда ; ; -коэффициент тяготения, ; - удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, ; и - количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным , количество абонентов в зоне АМТС

,

Общее число каналов определяется суммой:

,

где: - число двухсторонних каналов для телефонной связи; - то же для телеграфной связи; - то же для передачи проводного вещания; - то же для передачи данных, - транзитные каналы.

Так как число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, то общее число каналов между оконечными пунктами выражаем через телефонные каналы.

,

общее число каналов рассчитываем по формуле:

, ,

Братск-Усть-Илимск:

,

,

,

Усть-Илимск- Братск:

,

,

Аналогично рассчитываем параметры для каждого населенного пункта

Таблица 1 - Параметры населенных пунктов.

Населенный пункт
Братск			7	108239,68	26066,43	163,9	327,8	10,93
Падун	55769	68595,87	7	26066,43	120,59	0,98	1,96	0,06
Дубынино	258	317,34	7	120,59	368,21	0,75	1,5	0,05
Кобляково	788	969,24	7	368,21	277,63	1,28	2,56	0,08
Подъеланка	594	730,62	7	277,63	4401,73	7,63	15,26	0,51
Ершово	9637	11583,51	7	4401,73	840,85	11,10	22,20	0,74
Эдучанка	1799	2212,77	7	840,85	367,84	7,59	15,18	0,51
Бадарминск	787	968,01	7	367,84	38706,01	8,44	16,88	0,56
Усть-Илимск			7	38706,01		222,98	455,96	15,19



4. Выбор типа системы передачи и типа ок

Выбираем оптический стык STM-1.

4.1 Выбор системы передачи

Таблица 2 - Параметры стыка STM-1.

Рабочий диапазон длин волн, нм	1310	1550
Макс. ширина спектра на уровне -20 дБ, нм	1	1
Мин. подавление соседних мод, дБ	30	30
Средняя излуч. мощность, дБм
Максимальная	0	0
Минимальная	-5	-5
Мин. чувствительность, дБм	-34	-34
Мин. перегрузка, дБм	-10	-10
Макс. дополнительные потери ОТ, дБ	1	1

4.2 Выбор типа ок

Оптические волокна делятся на две основные группы: многомодовые и одномодовые. Наиболее часто используются следующие стандарты волокон:

- многомодовое градиентное волокно MMF 50/125 и его аналоги (локально-вычислительные сети Ethernet, FDDI, ATM);

- многомодовое градиентное волокно MMF 50/125 и его аналоги (локально-вычислительные сети Ethernet, FDDI, ATM);

- одномодовое ступенчатое волокно с несмещенной дисперсией NDSF или стандартное волокно SF 8…10/125 (протяженные сети Ethernet, FDDI, ATM, магистрали SDH).

Основными характеристиками волокна, применяемого в ВОК, являются: затухание, дБ/км; хроматическая дисперсия пс/нм*км; полоса пропускания, МГц*км. передача волоконный оптический кабель

Многомодовые волокна обладают неоспоримыми преимуществами по сравнению с одномодовыми при проектировании ВОЛС. Они обладают меньшими значениями затухания и хроматической дисперсии, а также более широкой полосой пропускания на длине волны 1310 нм. В соответствии с этим выбираем магистральный Hyperline F1-MBA-OUT-503-24-PE-BK (F -волоконно-оптический кабель, 1 - многомодовое с диаметром 50 мкм, MBA - многомодульная конструкция типа break out, PE-BK бронированный, количество волокон 24, ООО Fibrain или его аналог ЗАО «Севкабель Оптик»), обладающий следующими техническими характеристиками:

Таблица 3 - Технические характеристики ОК.

Тип оптических волокон	П
Количество оптических волокон	24
Допустимое растягивающее усилие	2700
Допустимое раздавливающее усилие	800
Максимальный радиус изгиба	13,0
Температура эксплуатации	-30…+70
Строительная длина	2000
Коэффициент затухания на волне - 1310 нм, дБ/км	0,3
Хроматическая дисперсия на волне - 1310 нм, пс/(нмЧкм)	8

Описание: бронированный кабель, применяется для наружных трасс средней длины, организации магистральной кроссовой разводки. Очень прочный, максимально защищен от влажности и перепадов температур. Обладает высокой стойкостью к натяжениям и раздавливанию.



1 - кордель, 2 - оптическое волокно, 3 - внутримодульный гидрофобный заполнитель, 4 - центральный силовой элемент (стеклопластиковый пруток), 5 - межмодульный гидрофобный заполнитель, 6 - промежуточная оболочка из полиэтилена, 7 - броня из стальной оцинкованной проволоки диаметром 1,6-2 мм, 8 - гидрофобный заполнитель, 9 - защитная оболочка.



5. Расчет параметров ВОЛП

5.1 Расчет параметров волоконно- оптического кабеля

5.1.1 Расчет показателя преломления оптического волокна

Основными параметрами ОК являются:

- числовая апертура (), характеризующая эффективность ввода (вывода) световой энергии в оптическое волокно и процессы их распространения в ОК;

- затухание (), определяющее дальность передачи по оптическому кабелю и его эффективность;

- дисперсия (), характеризующая уширение импульсов и пропускную способность ОК.

Для выбора оптического кабеля нужно рассчитать его апертуру и нормированную частоту.

Числовая апертура характеризует эффективность ввода (вывода) световой энергии в оптическое волокно и процессы их распространения в ОК.

Расчет числовой апертуры производим по формуле:

Значение определяется с учетом заданного соотношения между и

.

где - заданное превышение над в процентах.



Расчет нормированной частоты производим по формуле

,

где - радиус сердцевины ОВ, мкм; - длина волны, мкм; - числовая апертура.

Поскольку , то режим работы - многоодномодовый.

5.1.2 Расчет затухания оптического волокна

Собственные потери волоконных световодов состоят из потерь поглощения () и потерь рассеяния ().

,

где - показатель преломления сердцевины; - длина волны, м; - тангенс угла диэлектрических потерь в световоде.

,

где - показатель преломления сердцевины; - длина волны, м; - постоянная Больцмана; - температура перехода стекла в твердую фазу; - коэффициент сжимаемости.

.



5.2 Расчет дисперсии оптических волокон

Определяем материальную и волноводную дисперсии, которые рассчитываемпо формулам:

,

,

где - ширина спектра источника излучения, при использовании инжекционного лазера составляет нм; - удельная дисперсия материала; - удельная волновая дисперсия.

Результирующая дисперсия определяется хроматической дисперсией по формуле:

,

5.3. Расчет длины регенерационного участка

5.3.1 Расчет длины регенерационного участка с учетом ослабления сигнала

Затухание, вносимое самим кабелем равно

,

где - километрическое затухание (ослабление) кабеля, дБ/км; - длина усилительного участка, км.



,

где - минимальный уровень сигнала на входе фотоприемника; - потери в разъемном соединении, возникающие при подключении приемника и передатчика к оптическому кабелю; - потери при вводе и выводе излучения из волокна; - потери в неразъемных соединениях; - коэффициент ослабления оптического волокна, дБ/км; - строительная длина оптического кабеля.

Энергетический потенциал аппаратуры рассчитываем по формуле

,

Из технических данных на аппаратуру STM-1 имеем:

,

Энергетический потенциал для аппаратуры STM-1 таким образом составляет:

,

Длину усилительного участка рассчитываем по формуле



,

где - строительная длина кабеля.

Минимальную длину регенерационного участка рассчитываем по формуле:

,

где - минимальный энергетический потенциал системы передачи, который рассчитываем по формуле

,

где - уровень перегрузки.

5.3.2 Расчет длины регенерационного участка с учетом дисперсии

Длину регенерационного участка с учетом дисперсии рассчитываем по формуле

,

где - тактовая частота системы передачи, Гц; - рассчитанное значение результирующей дисперсии оптического кабеля, с/км.

,



5.4 Расчет параметров надежности ВОЛП

Требуемая быстрота и точность передачи информации средствами электросвязи обеспечиваются высоким качеством работы всех звеньев сети электросвязи: предприятий, линий связи, технических средств. Обобщающим показателем работы средств связи является надёжность.

Надежность - комплексное свойство, которое в зависимости от условий строительства и эксплуатации, может включать долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, либо определенное сочетание этих параметров. Надежность ОК - свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

Среднее число (плотность) отказов ОК за счет внешних повреждений на 100 км кабеля в год составляет

,

Интенсивность отказов ОК за 1 час на длине трассы ВОЛП () определим как

,

где - длина проектируемой магистрали, км; 8760 - количество часов в году.

Коэффициент простоя (неготовности) определяем по формуле



,

где - время восстановления; - среднее время между отказами для проектируемой линии протяжённостью.

,

Тогда коэффициент готовности определим по формуле

,

Для случаев повреждения ВОЛП имеем

,

где - время подъезда.



6. Разработка схемы организации связи

Скелетную схему для заданного перегона строим на основе схемы организации связи и цепей СЦБ. В данном случае на этом перегоне имеются следующие объекты связи и СЦБ:

- обслуживаемый усилительный пункт (ОРП);

- необслуживаемый усилительный пункт (НРП).

Таблица 4 - Размещение объектов связи и СЦБ на перегоне.

Ординаты	Объект
км	м
0	000	ОРП
76	000	НРП
101	000	НРП
176	000	НРП
217	000	НРП
226	000	НРП
235	000	НРП
293	000	НРП
317	000	ОРП



Заключение

Таким образом, выполнен проект волоконно-оптической линии связи на участке Братск-Усть-Илимск. Выбраны и обоснованы основные части схемы подключения. Разработана схема организации связи. Рассчитаны параметры системы.



Список использованной литературы

1. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых сетей связи.- М.: Радио и связь, 2000.

2. Попов Д.А., Нисенбаум Ф.А., Попова Г.А. Расчет и проектирование волоконно-оптических линий связи. - Автоматика, связь, информатика № 11, 1999.

3. Р. Фриман. «Волоконно-оптические системы связи» - М.: Техносфера, 2003.

4. Техническая документация к оборудованию XDM-1000 в электронном виде.

5. Виноградов В.В., Котов В.К., Нуприк В.Н. Волоконно-оптические линии связи.- М.: ИПК «Желдориздат», 2002.- 278 с.

6. Андреев В.А., Бурдин А.В., Кочановский Л.Н. и др.; Под ред. Андреева В.А. Направляющие системы электросвязи: Учебник для вузов. В 2-х томах. Том 2 - Проектирование, строительство и техническая эксплуатация / 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Горячая линия - Телеком, 2010. - 424 с.: ил.

7. Виноградов В.В., Кустышев С.Е., Прокофьев В.А. Линии железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Учеб. для вузов ж.-д. транспорта. - М.: Маршрут, 2002.

8. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрифицированных железных дорог переменного тока. - М.: Транспорт, 1989.

9. Бунин Д.А., Яцкевич А.И. Магистральные кабельные линии связи на железнодорожных дорогах. - М.: Транспорт,1978.

10. Марков М.В., Михайлов А.Ф. Линейные сооружения железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. - М.: Транспорт, 1980.

Размещено на Allbest.ru

...